在糖尿病条件下的牙周骨缺损修复再生是一个巨大的挑战。贻贝启发的聚多巴胺（PDA）在材料和生物科学领域具有巨大的科研和应用价值。PDA修饰的纳米颗粒具有良好的水分散性、生物相容性和细胞粘附性。PDA是一种很有前途的抗氧化剂，通过清除活性氧和下调炎症介质来降低氧化应激，保护细胞免受过量活性氧的毒性影响。同时，PDA具有免疫调节能力。
基于PDA介导的材料修饰手段和其生物学特性，近日，西南交通大学的鲁雄教授、谢超鸣研究员团队、四川大学的赵志河教授、王军教授团队，开发了一种包含PDA还原氧化石墨烯（PGO）和PDA修饰羟基磷灰石纳米颗粒（PHA）的仿贻贝多功能电活性海藻酸盐/明胶（AG）支架（图1a–c）。PHA和PGO NPs能够与高分子网络发生多重物理化学作用，赋予了支架良好的力学性能和导电性能；且PHA和PGO NPs为支架带来丰富的邻苯二酚基团，赋予支架良好的细胞粘附性。支架的电活性和细胞粘附性协同促BMSCs成骨分化（图1e）。邻苯二酚基团赋予支架的ROS清除能力和对巨噬细胞的粘附能力使支架具有免疫调节性能，通过减少M1型巨噬细胞，增加M2型巨噬细胞极化并分泌促成骨相关细胞因子促BMSCs成骨分化（图1f）。通过转录组测序探究支架调控巨噬细胞极化的机制，发现该支架调控巨噬细胞极化主要依赖于糖酵解通路和RhoA/ROCK信号通路（图2）。
图1 用于糖尿病牙周骨缺损再生的具有多功能特性的PGO-PHA-AG支架合成示意图。
（a）PHA合成示意图。（b）PGO合成示意图。（c）物理化学双交联PGO-PHA-AG支架网络中的相互作用方式。（d）糖尿病牙周微环境中ROS、M1型巨噬细胞和炎性因子过度表达。（e）该支架促进细胞粘附，将内源性电信号传递给细胞，进而激活钙离子通道。（f）PDA的细胞粘附能力和ROS清除能力赋予支架免疫调节能力，降低巨噬细胞向M1型方向极化，促进巨噬细胞向M2型巨噬细胞方向极化并分泌成骨相关细胞因子。（g）支架的电活性和免疫调节能力协同促进糖尿病牙周骨缺损再生。
图2 PGO-PHA-AG支架上巨噬细胞极化机制示意图。
该项成果以”Polydopamine-mediated graphene oxide and nanohydroxyapatite-incorporated conductive scaffold with an immunomodulatory ability accelerates periodontal bone regeneration in diabetes”为题在线发表于《Bioactive Materials》。论文第一作者为四川大学华西口腔医学院在读博士研究生李亚祯，通讯作者是西南交通大学的鲁雄教授、谢超鸣研究员团队、四川大学华西口腔医院的赵志河教授和王军教授团队。论文第一单位为四川大学华西口腔医学院。该研究得到了国家自然科学基金、四川大学华西口腔医院探索与研发项目等基金支持。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452199X22001384
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